集電靴磁鐵粘接工藝研究

于躍 安斐

摘要：作為城軌車輛地面供電系統(tǒng)車載部分的主要結(jié)構(gòu)，集電靴底座擔(dān)負(fù)著為車輛供電的重要任務(wù)。集電靴底座中的磁鐵組合體主要用于吸起供電模塊內(nèi)的柔性帶，使集電靴正極電刷與地面供電模塊的正極導(dǎo)通。因此磁鐵組合體的粘接質(zhì)量直接影響車輛使用性能。

關(guān)鍵字：粘接 磁鐵 集電靴

1、前言

地面供電系統(tǒng)是一種由地面供電模塊向有軌電車供電的城市軌道交通系統(tǒng)，是一種新型的無接觸網(wǎng)式供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能安全高效的向有軌電車供電，還能和其他交通工具一起分享道路資源。地面供電系統(tǒng)車載部分為受流器（又稱集電靴），受流器前端和后端配備有排障器，能夠清除大部分障礙物;同時配備有護(hù)蓋（蓋板），當(dāng)受流器收起時，護(hù)蓋閉合，能夠起到保護(hù)作用。磁性集電靴底座是地而供電模塊和有軌電車受流器之間物理接觸的地方，置于車輛轉(zhuǎn)向架下，位于受流器最底部，其功能是：永磁體產(chǎn)生磁場，吸起柔性接觸帶，集電靴電刷與地面供電相應(yīng)模塊區(qū)段接觸摩擦;集電靴正極電刷與帶正電的柔性帶連接，負(fù)極電刷連接地面供電模塊兩邊的負(fù)極，形成回路，為車輛供電。

2、磁鐵組合體相關(guān)介紹

2.1磁鐵組合體的裝配

集電靴磁鐵組合體按照所含磁鐵塊數(shù)分為長短2種，長磁鐵組合體由12塊磁鐵組成，短磁鐵組合體由4塊磁鐵。按照磁鐵組合體充磁磁極又可以分為N極和S極磁鐵組合體。以短磁鐵組合體裝配為例，裝配圖如圖一所示。

組裝時先將短磁鐵組合體上蓋板與一個短磁鐵組合體倒扳用螺栓連接，再將未充磁磁鐵塊依次安裝并用膠黏劑緊固，并利用磁鐵裝配工裝加以固定，裝配固定過程如圖二所示。最后將另一個短磁鐵組合體側(cè)板與磁鐵粘接，并用螺栓將之與短磁鐵組合體上蓋板緊固。等待膠黏劑充分固化后，將組裝后的短磁鐵組合體放入充磁機(jī)，按照需求充入特定磁極。

2.2磁鐵組合體檢查

為保證磁鐵產(chǎn)生的磁場能夠達(dá)到吸起柔性帶的要求，維持車輛正常運(yùn)行，應(yīng)對裝配后的磁鐵組合體做如下檢查。

（1）保證磁鐵組合體粘接性能良好。

（2）保證磁鐵充磁面（帶有標(biāo)記面）朝外，充磁磁極正確。

（3）充磁后測量磁鐵組合體4角，保證磁力達(dá)到規(guī)定要求。

3、初期磁鐵組合體粘接工藝

3.1初期粘接方法

初期使用502膠水作為粘接劑，粘接過程如下：

①使用丙酮對磁鐵塊粘接面進(jìn)行擦拭。

②在磁鐵塊粘接面上涂502膠。

③將磁鐵塊粘接，并壓緊固定。

④等待膠粘劑固化。

3.2粘接后存在的問題

粘接后將長短磁鐵組合體放入充磁機(jī)充磁，充磁后按照特定的磁極，將1個長磁鐵組合體和4個短磁鐵組合體安裝到底座中，安裝后并未發(fā)現(xiàn)問題。

隨著集電靴后續(xù)試驗(yàn)的進(jìn)行，需要不斷對現(xiàn)有方案進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，在集電靴底座進(jìn)行改造時，需要先將底座下板打開，將長短磁鐵組合體拆下，再對底座上板進(jìn)行改造加工。在拆解底座時，發(fā)現(xiàn)部分磁鐵組合體出現(xiàn)粘接不牢靠的問題。

3.3問題原因分析

此現(xiàn)象的發(fā)生意味著磁鐵組合體的粘接并不牢靠，由于同一磁鐵組合體中磁鐵塊磁極相同，所以各磁鐵塊之間存在很大的排斥力，由于粘接力沒有達(dá)到一定強(qiáng)度，導(dǎo)致磁鐵塊間的排斥力大于粘接力，出現(xiàn)粘接不牢靠現(xiàn)象。

4、粘接工藝學(xué)習(xí)

粘接不牢靠現(xiàn)象的出現(xiàn)意味著集電靴的性能存在不穩(wěn)定性，后續(xù)維護(hù)存在一定的安全隱患，單位立即決定對粘接工藝進(jìn)行學(xué)習(xí)、培訓(xùn)，從根本上解決此問題。通過近一個月的學(xué)習(xí)，我們對粘接工藝有了更為全面的了解。

4.1粘接原理

粘接是依附膠粘劑的粘接力將兩種基材固定在一起的過程，粘接的好壞主要取決于膠粘劑與基材表面形成的粘附力和膠粘劑自身的內(nèi)聚力。

內(nèi)聚力主要是受膠粘劑的特性影響，選擇膠粘劑就等于選擇了膠的強(qiáng)度。除此之外，其他影響膠粘劑內(nèi)聚力的因素主要有，施膠時膠的厚度、固化時間、粘接后的使用環(huán)境、老化機(jī)制等。

粘附力主要取決于所選用的膠粘劑是否能良好的潤濕基材表面。潤濕是指液體分散在固體表面，以接近原子尺寸的方式逼近。其他影響粘附力的因素還有基材表面的處理與清潔、施膠方式、施膠環(huán)境等。

4.2粘接過程

一個完整的粘接過程中包括很多影響因素，任何一個因素都會導(dǎo)致最終粘接的缺陷。粘接過程一般分為膠粘劑的選擇、基材的表面處理、施膠。

4.2.1膠粘劑的選擇

膠粘劑的選擇需要結(jié)合實(shí)際需求，根據(jù)膠粘劑自身其他性能（如：單雙組份、排氣行為、顏色、氣味、可涂漆能力、防火、阻燃）進(jìn)行選擇。除此之外，膠粘劑的選擇還要考慮以下幾方面因素：

實(shí)際載荷和應(yīng)力。主要從機(jī)械載荷、溫度變化、各種介質(zhì)影響、輻射等方面進(jìn)行考慮。

基材相關(guān)信息。主要考慮基材材質(zhì)、機(jī)械性能、幾何形狀、熱膨脹系數(shù)、耐化學(xué)性、表面狀態(tài)等。

生產(chǎn)條件。結(jié)合企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況考慮節(jié)拍時間、環(huán)境條件、涂膠方式、工藝一體化、后續(xù)操作、公差等因素。

附加信息則。從操作安全性、環(huán)保性、長期穩(wěn)定性、質(zhì)量、成本等方面考慮。

4.2.2基材的表面處理

基材的表面處理，是良好粘接的基礎(chǔ)。表面處理后應(yīng)達(dá)到好的潤濕和粘接性能、材料成分一致性、長期穩(wěn)定性?；牡谋砻嫣幚硪话闳Q于基材的材質(zhì)、膠粘劑種類、基材表面的實(shí)際狀態(tài)、粘接后的性能要求?；牡谋砻嫣幚矸譃楸砻鏈?zhǔn)備、表面前處理、表面后處理三部分。

表面準(zhǔn)備主要是對基材表面進(jìn)行檢查、去毛刺、清潔。清洗劑的選擇一般根據(jù)基材表面污染物的極性選擇，有些清洗劑效果強(qiáng)但有毒，使用時應(yīng)該注意防護(hù)。

表面前處理是通過物理、化學(xué)和涂層的方式對基材表面進(jìn)行處理。主要為了增加基材表面粗糙度、去除表面多余層。

表面后處理主要為了增強(qiáng)粘接力，可以使用底涂或者促進(jìn)劑涂在基材表面，然后再涂膠。表而后處理時應(yīng)當(dāng)注意涂抹單層、均勻，注意風(fēng)干時間、開放時間。

4.2.3施膠

首先根據(jù)施膠環(huán)境確認(rèn)是否需要對膠粘劑做同溫處理。而后了解所使用的膠粘劑是單組份還是雙組分，對于雙組分膠粘劑需要注意混膠比，混膠過程中攪拌應(yīng)該勻速單向，以每分鐘40-60圈為宜。然后用合適的工具涂膠，涂膠過程中不能產(chǎn)生氣泡，注意膠層厚度，必要時使用玻璃微珠等方法進(jìn)行控制。施膠過程中注意開放時間及適用期，粘接固定后，應(yīng)當(dāng)立刻清理溢出的膠。

4.2.4固化

粘接后，需要對粘接件夾緊固定，然后根據(jù)固化條件對粘接件進(jìn)行后續(xù)操作。膠粘劑不同固化時間差異很大，需要注意粘接件達(dá)到初固強(qiáng)度前一般禁止搬運(yùn)，達(dá)到最終強(qiáng)度前禁止承受載荷。

5、初期磁鐵組合體粘接工藝分析

5.1膠粘劑分析

初期所使用的膠粘劑為502膠水，是氰基丙烯酸酯類膠粘劑，俗稱瞬干膠。502膠水接觸空氣中的微量水汽，即迅速發(fā)生連鎖聚合反應(yīng)，固化后形成熱塑性塑料。

氰基丙烯酸酯類膠粘劑主要包括以下特點(diǎn)：剪切強(qiáng)度最高可達(dá)25MPa;斷裂延伸率可達(dá)10%;持續(xù)使用溫度可達(dá)80。C;抗潮濕能力差;膠粘劑一般比較稀薄，最大填縫厚度只有0.05毫米;一般在幾秒鐘內(nèi)達(dá)到初固，最終強(qiáng)度要在24小時以后到達(dá)。

502膠應(yīng)用范圍較為廣泛，非常適合粘接極性橡膠、極性塑料。由于強(qiáng)度、耐溫、耐濕能力有限，502膠一般不用來粘接金屬。

由此分析502膠本身的強(qiáng)度不高，加之沿海地區(qū)濕度大，所以用502膠水粘接磁力大的磁鐵塊并不合理。

5.2清潔劑分析

初期所使用的清潔劑為丙酮，丙酮清潔效果好，但是有毒且揮發(fā)速率快?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境為車間，粘接操作者可以佩戴防毒用具作為保護(hù)，但是車間其他人員不會佩戴放毒護(hù)具，所以考慮更換清潔劑。

5.3其他因素分析

由于初期進(jìn)行集電靴的試制時，未劃分專門用于粘接作業(yè)的區(qū)域，粘接所在車間包含機(jī)加工工序，機(jī)加工產(chǎn)生的鐵屑、廢屑可能會影響粘接效果。另外還可能存在膠粘劑還未完全固化就進(jìn)行充磁，也會對粘接性能產(chǎn)生影響。

6、磁鐵組合體粘接工藝改進(jìn)

根據(jù)使用條件的需求，粘接可以與其他連接方式配合使用。為了確保磁鐵粘接的可靠性，提高產(chǎn)品質(zhì)量，考慮采用螺栓連接與粘接配合使用。

6.1膠粘劑的選擇

根據(jù)集電靴磁鐵粘接的實(shí)際情況和生產(chǎn)條件考慮，對膠粘劑有以下要求：粘接力好、高拉伸強(qiáng)度、高剪切強(qiáng)度、耐濕氣、室溫固化、固化時間短、成本低。綜合上述因素，選擇了T802高強(qiáng)度膠。

T802高強(qiáng)度膠屬于甲基丙烯酸甲酯類膠粘劑，固化機(jī)理為連鎖聚合。該膠拉伸強(qiáng)度可達(dá)35MPa、剪切強(qiáng)度可達(dá)32MPa、結(jié)合強(qiáng)度高、應(yīng)力分布均勻、容易獲得。

6.2粘接準(zhǔn)備

首先需要對操作環(huán)境進(jìn)行規(guī)范，劃分專門進(jìn)行粘接的區(qū)域，粘接區(qū)域周圍避免有機(jī)加工等產(chǎn)生雜質(zhì)灰塵的操作，有條件最好設(shè)置獨(dú)立的粘接間。其次操作者應(yīng)佩戴相應(yīng)的護(hù)具，如手套、口罩、眼鏡等。再次準(zhǔn)備好垃圾分類箱，很多膠粘劑固化前有毒，相關(guān)廢品需要扔到特定的垃圾箱中。最后準(zhǔn)備足夠的粘接件夾緊工裝和相應(yīng)的存放區(qū)域，避免粘接件固化前頻繁移動。

6.3粘接工藝流程

①磁鐵塊表面處理。使用酒精對磁鐵塊粘接面進(jìn)行清潔，清潔時要單向擦拭，不能來回擦拭。清潔后晾干5分鐘，使粘接面上酒精充分揮發(fā)。

②混膠。將A、B膠嚴(yán)格按照質(zhì)量比1：1導(dǎo)入混膠罐中，按照每分鐘40-60圈單向攪拌均勻?；旌虾蟮哪z需要在10分鐘內(nèi)用完，隨用隨混，避免過量混膠，導(dǎo)致超過適用期。

③施膠及固定。將膠粘劑涂到磁鐵粘接面上，涂膠使避免出現(xiàn)中空、漏涂。按順序逐個粘接磁鐵并使用夾具固定。將固定螺栓全部安裝到位，螺栓頭部注滿膠粘劑。磁鐵組合體粘接完成后，去除溢出的膠粘劑。并將磁鐵組合體存放至固化區(qū)。

④清潔及固化。完成粘接工作后，將膠粘劑、酒精存放到特定的存放區(qū);將混膠棒、刮膠棒、工作臺面擦拭干凈;將產(chǎn)生的垃圾按照有害、無害分類處理。

粘接件在室溫25。C條件下，24小時可以完全固化;當(dāng)室溫低于15。時，需要進(jìn)行適當(dāng)加溫措施，縮短固化時間、提到強(qiáng)度。固化后將所有高點(diǎn)磨平。

7、結(jié)論

通過對集電靴磁鐵粘接工藝的研究與改進(jìn)，完善了集電靴產(chǎn)品、提升了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。按照改進(jìn)后的工藝進(jìn)行磁鐵組合體粘接，再沒有發(fā)生粘接不牢靠現(xiàn)象。通過粘接區(qū)域的設(shè)置改善了工作環(huán)境，為日后其他粘接工作打下了良好的基礎(chǔ)。通過更換清潔劑和增加分類垃圾箱，使操作者在一個相對安全，無污染的環(huán)境中工作。本次研究也可以為以后類似的磁鐵粘接工藝提供借鑒。

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